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        綠色化混凝土的前景

        2016-05-30 11:01:28朱慶沖李霈文張江華吳偉民
        卷宗 2016年4期
        關(guān)鍵詞:綠色化再生壽命

        朱慶沖 李霈文 張江華 吳偉民

        摘 要:介紹了綠色混凝土的特點(diǎn)及發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀,結(jié)合現(xiàn)階段混凝土生產(chǎn)技術(shù)水平,從非再生資源的節(jié)約、廢棄資源的利用、耐久性、環(huán)?;葞讉€(gè)方面討論了混凝土綠色化的發(fā)展途徑。

        關(guān)鍵詞:綠色化;摻合料;再生;壽命

        混凝土的綠色化就是指混凝土在生產(chǎn)過程和應(yīng)用過程的綠色化,既在保證混凝土性能的前提下,減少水泥用量;大量利用優(yōu)質(zhì)的工業(yè)廢渣、再生骨料和代用骨料,減少自然資源和能源的消耗;提高混凝土安全使用壽命,減少因修補(bǔ)或拆除造成的浪費(fèi)和二次污染。

        1 綠色混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀

        國(guó)內(nèi)外對(duì)礦物摻合料的利用已經(jīng)很普及,主要是在混凝土中摻加部分磨細(xì)礦渣、粉煤灰、硅灰等摻合料替代一部分水泥,由于礦物摻合料的摻入,減少了水泥的用量,減少了水化熱,有利于混凝土體積穩(wěn)定,可以改善孔結(jié)構(gòu),增強(qiáng)混凝土耐久性,粉煤灰(I 級(jí))還可以降低混凝土拌合物用水,改善混凝土和易性。所謂再生骨料混凝土是指以廢混凝土、廢磚塊、廢砂漿作骨料,加入水泥砂漿拌制的混凝土,在國(guó)外已經(jīng)得到了很多工程應(yīng)用。

        2 混凝土的綠色化發(fā)展途徑及趨勢(shì)

        1.選擇優(yōu)質(zhì)水泥與礦物摻合料

        近年來,我國(guó)水泥產(chǎn)量增長(zhǎng)速度十分驚人。然而工業(yè)廢渣的利用在建筑業(yè)占主導(dǎo)作用,如:粉煤灰、高爐礦渣、固硫渣等工業(yè)廢渣。如果把這些工業(yè)廢渣大量的應(yīng)用到水泥混凝土中代替一部分水泥,可以在很大程度上減少資源和能源消耗。由此可以看出降低水泥用量,大量利用工業(yè)廢渣,將大大減少由于混凝土越來越大需求帶來的資源和能源的消耗,利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。同時(shí),改變水泥品種,降低混凝土中水泥用量,將大大減少混凝土生產(chǎn)使用過程中產(chǎn)生的問世氣體排放和粉塵污染,降低水熱化、減少收縮開裂的趨勢(shì)。對(duì)混凝土綠色化具有積極意義。

        下面具體舉出一個(gè)比較新穎的例子——堿礦渣水泥混凝土。堿礦渣水泥是由磨細(xì)礦渣或磷渣、鋼渣等和堿性激發(fā)劑混合而制成的一種新型膠凝材料。與目前的硅酸鹽水泥相比, 堿礦渣水泥混凝土具有高強(qiáng)、耐久、節(jié)能、充分利用工業(yè)廢渣和自然資源的特點(diǎn),。

        礦渣粉在用于配制預(yù)拌混凝土?xí)r,不但可以高比例的等量替代水泥(一般可代替30%~50%的水泥),而且可以大大改善混凝土的性能,如泌水少、流動(dòng)度和可塑性好,水化熱降低,有利于防止大體積混凝土內(nèi)部溫升引起的裂縫和變形。摻有礦渣微粉的硬化混凝土具有良好的抗硫酸鹽、抗氯鹽、抗堿性能,并且能大幅度提高長(zhǎng)期強(qiáng)度,具有良好的耐久性,可達(dá)到節(jié)能、降本、環(huán)保等目的。

        2.加強(qiáng)建筑垃圾的再生利用

        (1)建筑垃圾簡(jiǎn)單處理的隱患

        因缺乏統(tǒng)一完善的建筑垃圾管理辦法和規(guī)范的處置場(chǎng)所,建筑垃圾多采取扔棄、填埋等簡(jiǎn)單方式處理。一些小的建筑單位在城區(qū)附近公路旁,隨意找片空地就把建筑垃圾丟棄了事,特別在城鄉(xiāng)接合部,建筑垃圾亂堆、亂倒、亂填、亂埋現(xiàn)象屢禁不止。傾倒填埋建筑垃圾不僅占用大量土地,污染城市環(huán)境,而且隨著建筑垃圾中污染物質(zhì)的揮發(fā)和滲透,也會(huì)對(duì)地表水、深層水造成不同程度的影響。同時(shí),建筑垃圾在堆放過程中,一些有機(jī)物發(fā)生分解,產(chǎn)生有害氣體,少量可燃物在焚燒中可產(chǎn)生有毒氣體,這些氣體包裹著細(xì)菌、粉塵隨風(fēng)飄散,對(duì)大氣造成污染。建筑垃圾中的膠、涂料、油漆不僅是難以生物降解的高分子聚合物材料,還含有有害的重金屬元素。這些廢棄物被埋在地下,會(huì)造成地下水的污染,直接危害到周邊居民的生活??梢姡ㄖo城市環(huán)境與人們身體健康帶來的污染與影響巨大,讓建筑垃圾變廢為寶的研究與工作迫在眉睫。

        (2)建筑垃圾再利用途徑與前景

        建筑垃圾成分比較復(fù)雜,其中有廢棄混凝土、廢鋼筋、廢磚、廢砂漿等,歐美、日本的學(xué)者大量研究了再生骨料混凝土的性能,研究結(jié)果表明再生骨料混凝土用于工程結(jié)構(gòu)是可行的。報(bào)道日本的清水建設(shè)公司和東京電力公司共同研究開發(fā)了廢棄混凝土砂漿和石子的分離技術(shù),使這些廢棄材料得到合理有效的利用。具體工藝是先將混凝土廢料破碎成≤40 mm 的顆粒,再在300 ℃溫度下進(jìn)行預(yù)熱處理,然后,在特殊機(jī)械作用下使水泥砂漿和石子分離,石子分離后可生產(chǎn)混凝土;而分離出來的砂漿可以制成干混砂漿,還可以粉磨之后作為礦物摻合料,也可用于制造再生水泥。

        我國(guó)在廢棄混凝土的利用方面起步晚,目前只是用于一般性回填或是破碎分級(jí)處理后替代部分天然骨料用于地基加固、道路墊層和面層。實(shí)際上我國(guó)廢棄混凝土的再生利用遠(yuǎn)不如國(guó)外廣泛,大量可以利用的建筑垃圾被填埋,這既是一種資源浪費(fèi),又給城市的發(fā)展和環(huán)境造成不利因素。因此,大力加強(qiáng)廢棄混凝土的利用,減少建筑垃圾的浪費(fèi)及其對(duì)環(huán)境的污染,也是今后混凝土綠色化的方向之一。

        3.提高混凝土安全使用壽命

        由于混凝土建筑物因各種原因產(chǎn)生早期破壞時(shí)有發(fā)生。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的提高,使人們逐漸認(rèn)識(shí)到延長(zhǎng)混凝土建筑物的安全使用壽命不僅是最經(jīng)濟(jì)的措施,也是減少環(huán)境污染的有效途徑。于是提高混凝土的安全使用壽命,將會(huì)減少大量建筑垃圾的產(chǎn)生,實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。

        混凝土的耐久性是指混凝土保持長(zhǎng)期性能穩(wěn)定的能力,影響混凝土的使用壽命的主要因素包括混凝土碳化、鋼筋銹蝕、凍融破壞、堿集料反應(yīng)、侵蝕性介質(zhì)腐蝕五個(gè)因素。這五個(gè)因素可分為內(nèi)部因素(鋼筋銹蝕、堿集料反應(yīng))和外部因素(混凝土碳化、凍融破壞、侵蝕性介質(zhì))。

        1.內(nèi)部因素

        鋼筋銹蝕和堿集料反應(yīng)二者發(fā)生的主要解決方法都是控制材料的選擇,前者是要控制好混凝土中的氯離子的濃度,當(dāng)pH值小于9時(shí),鋼筋將會(huì)發(fā)生銹蝕:后者是要盡量降低混凝土凝膠中的堿性物質(zhì),控制含活性成分的骨料的含量。

        2.外部因素

        外界環(huán)境不利影響因素(二氧化碳、腐蝕性化學(xué)介質(zhì)等)會(huì)通過混凝土的內(nèi)部毛細(xì)孔加快侵蝕速度,所以有機(jī)硅侵入性混凝土保護(hù)劑應(yīng)運(yùn)而生。吳中偉院士認(rèn)為:一定尺寸與分布的孔與混凝土的某些性能有關(guān),可以通過調(diào)整孔結(jié)構(gòu)達(dá)到所要求的性能,也可用孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來改善混凝土的性能。有機(jī)硅侵入性混凝土保護(hù)劑是采用高滲透性硅烷和硅氧烷材料,結(jié)合溶液-溶膠-凝膠(SSG)技術(shù),能侵入混凝土內(nèi)部與硅酸鹽材料結(jié)合,在深度數(shù)毫米內(nèi)堵塞混凝土毛細(xì)孔,形成三維交聯(lián)有機(jī)硅聚合物混凝土,提高混凝土密實(shí)性,阻止外界不利因素的侵入。作為全球有機(jī)硅化學(xué)領(lǐng)域的主要生產(chǎn)商和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者德國(guó)瓦克化學(xué)公司研究了一種新型有機(jī)硅侵漬劑,該侵漬劑的作用機(jī)理是在混凝土內(nèi)部形成憎水性的有機(jī)硅樹脂網(wǎng)絡(luò),減少水分、鹽分的侵入,從而可以保護(hù)混凝土免受到外部環(huán)境的侵蝕,據(jù)悉這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于上海中環(huán)線浦西段高架橋的防撞墻和隔離帶。

        3 結(jié)語

        混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料。利用現(xiàn)代新技術(shù)、大力發(fā)展新工藝、新設(shè)備;廣泛利用工業(yè)廢渣作原材料等,都是今后需要不斷解決的課題。隨著節(jié)能環(huán)保的思想越來越被人們重視,占用的巨大社會(huì)資源量的建筑行業(yè)應(yīng)該更加注重建筑材料的可持續(xù)發(fā)展,除了本文介紹的“選擇優(yōu)質(zhì)水泥與礦物摻合料、加強(qiáng)建筑垃圾的再生利用 、使用海砂、再生骨料等多種代用骨料、提高混凝土安全使用壽命”等方法,仍有許多既節(jié)能環(huán)保又能保證混凝土使用性能的方式未能一一列出?;炷辆G色化是建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要任務(wù)與難題。節(jié)約資源,循環(huán)利用,實(shí)現(xiàn)混凝土綠色化是造福子孫后代的重要任務(wù)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]吳中偉.綠色高性能混凝土—混凝土的發(fā)展方向[J].混凝土與水泥制品,1998(1):3-6.

        [2]李春暉,牛荻濤.礦物細(xì)摻料對(duì)高性能混凝土碳化性能的影響[C]第六屆全國(guó)土木工程研究生學(xué)術(shù)論壇,清華大學(xué),2008

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